一個(gè)虛擬機(jī)是一個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)物理機(jī)笼裳。Java是在WORA（Write Once Run Anywhere）基礎(chǔ)上開發(fā)的晒衩，它運(yùn)行在虛擬機(jī)上。該編譯器編譯Java文件轉(zhuǎn)換成一個(gè)Java 的.class文件，那么 的.class文件輸入到JVM奋构，它加載并執(zhí)行類文件。以下是JVM的體系結(jié)構(gòu)圖：

一拱层、基礎(chǔ)知識(shí)

（一） JVM實(shí)例：JVM實(shí)例對(duì)應(yīng)了一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的java程序弥臼，它是進(jìn)程級(jí)別。

（二） JVM執(zhí)行引擎實(shí)例：JVM執(zhí)行引擎實(shí)例則對(duì)應(yīng)了屬于用戶運(yùn)行程序的線程根灯，它是線程級(jí)別的径缅。

（三） JVM生命周期：

（1）JVM實(shí)例的誕生

        當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)Java程序時(shí)，一個(gè)JVM實(shí)例就產(chǎn)生了烙肺，任何一個(gè)擁有public static void main(String[] args)函數(shù)的class都可以作為JVM實(shí)例運(yùn)行的起點(diǎn)

（2）JVM實(shí)例的運(yùn)行

main()作為該程序初始線程的起點(diǎn)纳猪，任何其他線程均由該線程啟動(dòng)。JVM內(nèi)部有兩種線程：守護(hù)線程和非守護(hù)線程桃笙，main()屬于非守護(hù)線程氏堤，守護(hù)線程通常由JVM自己使用，java程序也可以標(biāo)明自己創(chuàng)建的線程是守護(hù)線程搏明。

（3）JVM實(shí)例的消亡

當(dāng)程序中的所有非守護(hù)線程都終止時(shí)鼠锈，JVM才退出；若安全管理器允許熏瞄，程序也可以使用java.lang.Runtime類或者java.lang.System.exit()來退出脚祟。

二、JVM結(jié)構(gòu)

JVM可以由不同的廠商來實(shí)現(xiàn)强饮。由于廠商的不同必然導(dǎo)致JVM在實(shí)現(xiàn)上的一些不同由桌，然而JVM還是可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的特性，這就要?dú)w功于設(shè)計(jì)JVM時(shí)的體系結(jié)構(gòu)了邮丰。

JVM體系結(jié)構(gòu)包含三部分:

類加載器（Class Loader）子系統(tǒng)

執(zhí)行引擎（Execution Engine）

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)(Runtime Data Area)

Java程序執(zhí)行過程

Java程序從源文件創(chuàng)建到程序運(yùn)行要經(jīng)過兩大步驟：1行您、源文件由編譯器編譯成字節(jié)碼（ByteCode） 2、字節(jié)碼由java虛擬機(jī)解釋運(yùn)行剪廉。因?yàn)閖ava程序既要編譯同時(shí)也要經(jīng)過JVM的解釋運(yùn)行娃循，所以說Java被稱為半解釋語言（ "semi-interpreted" language）。

三斗蒋、運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

程序計(jì)數(shù)器(Program Counter Register)捌斧、Java棧(VM Stack)笛质、本地方法棧(Native Method Stack)、方法區(qū)(Method Area)捞蚂、堆(Heap)

** (一) 程序計(jì)數(shù)器(Program Counter Register**

程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間妇押， 可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。 分支姓迅、循環(huán)敲霍、跳轉(zhuǎn)、異常處理丁存、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個(gè)計(jì)數(shù)器來完成肩杈。

由于Java 虛擬機(jī)的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來實(shí)現(xiàn)的，在任何一個(gè)確定的時(shí)刻解寝，一個(gè)處理器（對(duì)于多核處理器來說是一個(gè)內(nèi)核）只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令扩然。因此，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置编丘，每條線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器与学，各條線程之間的計(jì)數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲(chǔ)，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域?yàn)? “線程私有” 的內(nèi)存晕窑。

在JVM規(guī)范中規(guī)定抑片，如果線程執(zhí)行的是非native方法，則程序計(jì)數(shù)器中保存的是當(dāng)前需要執(zhí)行的指令的地址杨赤；如果線程執(zhí)行的是native方法敞斋，則程序計(jì)數(shù)器中的值是undefined。

由于程序計(jì)數(shù)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)所占空間的大小不會(huì)隨程序的執(zhí)行而發(fā)生改變疾牲，因此植捎，對(duì)于程序計(jì)數(shù)器是不會(huì)發(fā)生內(nèi)存溢出現(xiàn)象(OutOfMemory)的。

Java棧(VM Stack)

Java棧也稱作虛擬機(jī)棧（Java Vitual Machine Stack）阳柔，是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型焰枢。

Java棧中存放的是一個(gè)個(gè)的棧幀， 每個(gè)棧幀對(duì)應(yīng)一個(gè)被調(diào)用的方法舌剂，在棧幀中包括局部變量表(Local Variables)济锄、操作數(shù)棧(Operand Stack)、指向當(dāng)前方法所屬的類的運(yùn)行時(shí)常量池（運(yùn)行時(shí)常量池的概念在方法區(qū)部分會(huì)談到）的引用(Reference to runtime constant pool)霍转、方法返回地址(Return Address)和一些額外的附加信息荐绝。

    當(dāng)線程執(zhí)行一個(gè)方法時(shí)，就會(huì)隨之創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的棧幀避消，并將建立的棧幀壓棧低滩。當(dāng)方法執(zhí)行完畢之后召夹，便會(huì)將棧幀出棧。

    會(huì)有兩種異常StackOverFlowError和  OutOfMemoneyError恕沫。當(dāng)線程請(qǐng)求棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度就會(huì)拋出StackOverFlowError錯(cuò)誤戳鹅；虛擬機(jī)棧動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，當(dāng)擴(kuò)展無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存空間時(shí)候昏兆，拋出OutOfMemoneyError枫虏。它是線程私有的，生命周期與線程相同爬虱。

本地方法棧(Native Method Stack) 本地方法棧與Java棧的作用和原理非常相似隶债。區(qū)別只不過是Java棧是為執(zhí)行Java方法服務(wù)的， 而本地方法棧則是為執(zhí)行本地方法（Native Method）服務(wù)的跑筝。

在JVM規(guī)范中死讹，并沒有對(duì)本地方發(fā)展的具體實(shí)現(xiàn)方法以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作強(qiáng)制規(guī)定，虛擬機(jī)可以自由實(shí)現(xiàn)它曲梗。在HotSopt虛擬機(jī)中直接就把本地方法棧和Java棧合二為一赞警。

與虛擬機(jī)棧一樣，本地方法棧區(qū)域也會(huì)拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常

方法區(qū)(Method Area)

JDK8之后-JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域

JDK7及之前版本的方法區(qū)（Method Area）和Java堆一樣虏两， 是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域愧旦，用于存儲(chǔ)已經(jīng)被虛擬機(jī)加載的類信息、常量定罢、靜態(tài)常量笤虫、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

在方法區(qū)中有一個(gè)非常重要的部分就是 運(yùn)行時(shí)常量池 祖凫，它是每一個(gè)類或接口的常量池的運(yùn)行時(shí)表示形式琼蚯， 在類和接口被加載到JVM后，對(duì)應(yīng)的運(yùn)行時(shí)常量池就被創(chuàng)建出來惠况。當(dāng)然并非Class文件常量池中的內(nèi)容才能進(jìn)入運(yùn)行時(shí)常量池遭庶，在運(yùn)行期間也可將新的常量放入運(yùn)行時(shí)常量池中，比如String的intern方法稠屠。

  實(shí)際上對(duì)于以上代碼峦睡，在JDK6、JDK7完箩、JDK8運(yùn)行結(jié)果均不一樣赐俗。原因就在于字符串常量池在JDK6的時(shí)候還是存放在方法區(qū)（永久代）所以它會(huì)拋出 

OutOfMemoryError:Permanent Space；而JDK7后則將字符串常量池移到了Java堆中弊知，上面的代碼不會(huì)拋出OOM阻逮，若將堆內(nèi)存改為20M則會(huì)拋出OutOfMemoryError:Java heap space；至于JDK8則是純粹取消了方法區(qū)這個(gè)概念秩彤，取而代之的是”元空間（Metaspace）“叔扼，所以在JDK8中虛擬機(jī)參數(shù)”-XX:MaxPermSize”也就沒有了任何意義事哭，取代它的是”-XX:MetaspaceSize“和”-XX:MaxMetaspaceSize”等。

在JVM規(guī)范中瓜富，沒有強(qiáng)制要求方法區(qū)必須實(shí)現(xiàn)垃圾回收鳍咱。很多人習(xí)慣將方法區(qū)稱為“永久代”，是因?yàn)镠otSpot虛擬機(jī)以永久代來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)与柑，從而JVM的垃圾收集器可以像管理堆區(qū)一樣管理這部分區(qū)域谤辜，從而不需要專門為這部分設(shè)計(jì)垃圾回收機(jī)制。不過自從JDK7之后价捧，Hotspot虛擬機(jī)便將運(yùn)行時(shí)常量池從永久代移除了丑念。

**堆(Heap) **

JVM中所管理內(nèi)存中的最大的一塊。在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)被創(chuàng)建结蟋。

唯一的目的是存放對(duì)象實(shí)例脯倚，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例和數(shù)組都是在這里分配內(nèi)存。 （JVM規(guī)范中說的是所有的嵌屎，但是隨著JIT便編譯器的發(fā)展和逃逸技術(shù)分析的成熟推正，一些實(shí)例可以不在這個(gè)區(qū)域分配內(nèi)存）

程序員基本不用去關(guān)心空間釋放的問題，Java的垃圾回收機(jī)制會(huì)自動(dòng)進(jìn)行處理宝惰，因此堆是垃圾收集管理的主要區(qū)域植榕，所以也會(huì)被稱為”GC堆“。

堆是被所有線程共享的掌测，在JVM中只有一個(gè)堆内贮。

淺堆和深堆

淺堆（Shallow Heap）和深堆（Retained Heap）是兩個(gè)非常重要的概念，它們分別表示一個(gè)對(duì)象結(jié)構(gòu)所占用的內(nèi)存大小和一個(gè)對(duì)象被GC回收后汞斧，可以真實(shí)釋放的內(nèi)存大小。

淺堆（Shallow Heap）是指一個(gè)對(duì)象所消耗的內(nèi)存什燕。在32位系統(tǒng)中粘勒，一個(gè)對(duì)象引用會(huì)占據(jù)4個(gè)字節(jié)，一個(gè)int類型會(huì)占據(jù)4個(gè)字節(jié)屎即，long型變量會(huì)占據(jù)8個(gè)字節(jié)庙睡，每個(gè)對(duì)象需要占用8個(gè)字節(jié)。

深堆（Retained Heap）的概念略微復(fù)雜技俐。要理解深堆乘陪，首先需要了解保留集（Retained Set）。對(duì)象A的保留集指當(dāng)對(duì)象A被垃圾回收后雕擂，可以被釋放的所有對(duì)象集合（包括對(duì)象A本身）啡邑，即對(duì)象A的保留集可以被認(rèn)為是只能通過對(duì)象A被直接或間接訪問到的所有對(duì)象的集合。通俗地說井赌，就是指僅被對(duì)象A所持有的對(duì)象的集合谤逼。深堆是指對(duì)象的保留集中所有的對(duì)象的淺堆大小之和贵扰。